(57)【要約】【課題】  チューブを薄肉化してもチューブの破壊寿命の低下を抑止することが可能な熱交換器を提供すること。【解決手段】  コアプレート１４０には、挿入接合される扁平チューブ１３２のストレート部１３２ａに対応する範囲内に、タンクの外側に向けて突出する突出部１４５が形成されている。これにより、チューブ１３２とコアプレート１４０との接合部を立体的に形成して接合部長さを大きくし、チューブ１３２に発生する熱応力をチューブ１３２とコアプレート１４０との接合部において分散することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数積層された扁平形状のチューブ（１３２）と、
前記複数のチューブ（１３２）の積層方向（Ｙ）に延びて前記チューブ（１３２）の長手方向（Ｘ）端部が挿入穴（１４２）に挿入されて接合されたコアプレート部（１４０）を有し、前記複数のチューブ（１３２）と連通するタンク（１１０、１４０）とを備える熱交換器において、
前記チューブ（１３２）は、前記長手方向（Ｘ）に直交する断面が、対向する一対のストレート部（１３２ａ）と、前記一対のストレート部（１３２ａ）の端部相互を接続する壁面部（１３２ｂ）とからなり、
前記コアプレート部（１４０）には、前記挿入穴（１４２）が形成された領域のうち前記ストレート部（１３２ａ）に対応する領域に、前記タンク（１１０、１４０）の外側に向けて突出し、前記積層方向（Ｙ）に延びる突出部（１４５）が形成され、
前記挿入穴（１４２）の前記ストレート部接合部位（１４２ａ）が、前記挿入穴（１４２）の前記壁面部接合部位（１４２ｂ）より前記タンク（１１０、１４０）の外方側に位置することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記突出部（１４５）は、前記積層方向（Ｙ）に直交する断面において、略台形状もしくは略円弧形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記挿入穴（１４２）の前記壁面部接合部位（１４２ｂ）は、前記コアプレート部（１４０）の前記挿入穴（１４２）の縁部が前記タンク（１１０、１４０）の内側に向かって立ち起こされたバーリング部（１４２Ａ）に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記突出部（１４５）には、前記ストレート部（１３２ａ）の中央（Ａ）に対応する部位に凹部（１４６）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を熱交換させる熱交換器に関し、特に水冷エンジンの冷却水の熱を大気中に放熱するラジエータに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器は、多数のチューブと多数のコルゲートフィンとを交互に積層してコア部を構成している。そして、チューブにおけるチューブ長手方向の端部をタンクのコアプレート部の挿入穴に挿入して接合している。また、コア部を補強するために、コア部におけるチューブ積層方向の両端部にサイドプレートを配置している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
ところで、この熱交換器を車両用ラジエータとして用いる場合、サイドプレートにはエンジン冷却水は流れず、チューブにはエンジン冷却水が流れる。サイドプレートはコルゲートフィンと接合されており冷却風で冷却される。このため、チューブとサイドプレートとには温度差が生じ、チューブとサイドプレートとの熱膨張差が発生する。
【０００４】
また、コア部の各部位での冷却風量にバラツキがある場合には、多数のチューブはその配設位置によって温度差が生じ、チューブ間の熱膨張差が発生する。
【特許文献１】実用新案登録第３０５９９７１号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そして、特許文献１、２に示された熱交換器は、チューブとサイドプレートとの熱膨張差を吸収する部位を設けているため、チューブとサイドプレートとの熱膨張差による応力は緩和される。
【０００６】
しかしながら、チューブ間の熱膨張差を吸収することはできないため、チューブにはチューブ間の熱膨張差による応力が発生する。したがって、チューブの板厚を現状よりも薄くしようとすると、熱膨張差による応力によりチューブとコアプレート部との接合部においてチューブを破損する恐れがある。すなわち、チューブの破壊寿命を低下する恐れがあるため、チューブの更なる薄肉化が困難になっている。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、チューブを薄肉化してもチューブの破壊寿命の低下を抑止することが可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
複数積層された扁平形状のチューブ（１３２）と、
複数のチューブ（１３２）の積層方向（Ｙ）に延びてチューブ（１３２）の長手方向（Ｘ）端部が挿入穴（１４２）に挿入されて接合されたコアプレート部（１４０）を有し、複数のチューブ（１３２）と連通するタンク（１１０、１４０）とを備える熱交換器において、
チューブ（１３２）は、長手方向（Ｘ）に直交する断面が、対向する一対のストレート部（１３２ａ）と、一対のストレート部（１３２ａ）の端部相互を接続する壁面部（１３２ｂ）とからなり、
コアプレート部（１４０）には、挿入穴（１４２）が形成された領域のうちストレート部（１３２ａ）に対応する領域に、タンク（１１０、１４０）の外側に向けて突出し、チューブ積層方向（Ｙ）に延びる突出部（１４５）が形成され、
挿入穴（１４２）のチューブストレート部接合部位（１４２ａ）が、挿入穴（１４２）のチューブ壁面部接合部位（１４２ｂ）よりタンク（１１０、１４０）の外方側に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
これによると、コアプレート部（１４０）に突出部を設けていないときより、チューブ（１３２）とコアプレート部（１４０）との接合部長さを大きくすることができる。したがって、チューブ（１３２）に発生する応力をチューブ（１３２）とコアプレート部（１４０）との接合部において分散することができ、チューブ（１３２）を薄肉化したとしてもチューブ（１３２）の破壊寿命の低下を抑止することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、コアプレート部（１４０）に形成された突出部（１４５）は、チューブ積層方向（Ｙ）に直交する断面において、略台形状もしくは略円弧形状をなすことを特徴としている。
【００１１】
これによると、突出部（１４５）をプレス加工等により容易に形成することが可能である。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、挿入穴（１４２）のチューブ壁面部接合部位（１４２ｂ）は、コアプレート部（１４０）の挿入穴（１４２）の縁部がタンク（１１０、１４０）の内側に向かって立ち起こされたバーリング部（１４２Ａ）に形成されていることを特徴としている。
【００１３】
これによると、チューブ壁面部接合部位（１４２ｂ）をタンク（１１０、１４０）の内側にすることができる。したがって、チューブ（１３２）とコアプレート部（１４０）との接合部長さを一層大きくすることが可能であり、チューブ（１３２）に発生する応力をチューブ（１３２）とコアプレート部（１４０）との接合部においてより分散することが可能である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、コアプレート部（１４０）の突出部（１４５）には、チューブストレート部（１３２ａ）の中央（Ａ）に対応する部位に凹部（１４６）が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
熱交換器の扁平チューブは、例えば外面に放熱フィン等の放熱部材が接合される場合等には、接合性向上等のために、コアプレート部の挿入穴に挿入される前はストレート部が若干外側に膨出した略オーバル断面形状とすることが一般的である。
【００１６】
したがって、本発明によれば、断面形状が略オーバル形状の扁平チューブ（１３２）を挿入穴（１４２）に挿入する場合に、挿入開始当初チューブストレート部（１３２）の最凸部（オーバル形状短軸方向最外部）（Ａ）がコアプレート部（１４０）に接触し難いため、挿入穴（１４２）への挿入性を向上することができる。
【００１７】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態における熱交換器であるラジエータ１００の概略構造を示す正面図であり、図２は、ラジエータ１００のタンクとチューブとの接合部構造を示す要部斜視図（一部断面表示）である。
【００２０】
図１に示すラジエータ１００は、エンジンルーム内の前方に搭載される自動車用のラジエータである。ラジエータ１００は、コア部１３０のチューブ１３２内を流れる冷却水が図中左から右方向に向かう所謂クロスフロータイプとしたものであり、基本構成としてコア部１３０、左タンク１１０、右タンク１２０とからなる。
【００２１】
コア部１３０は、内部を流通する冷却水を冷却する熱交換部であり、フィン１３１、チューブ１３２、サイドプレート１３３、コアプレート１４０から構成されている。フィン１３１は、薄肉の帯板材から波状に成形され、内側に図示しないスリット状のルーバが設けられたものである。
【００２２】
またチューブ１３２は、薄肉の帯板材から断面が偏平状に成るように折り曲げられ、端部同士が溶接されたものである。上記フィン１３１とチューブ１３２とが図１中、上下方向に交互に積層され、断面がコの字状に成形された補強部材としてのサイドプレート１３３が、上下最外部のフィン１３１の更に外方に当接されるようにしている。
【００２３】
コアプレート１４０は、平板材の絞り加工等により形成され、チューブ１３２の積層方向Ｙに延びるように配設され、チューブ１３２の長手方向Ｘの端部（以下、チューブ端部）に対応する位置にチューブ嵌入部としての挿入穴１４２が複数設けられている。この挿入穴１４２にチューブ１３２端部が挿入されてコア部１３０が形成されている。
【００２４】
コア部１３０を構成する各部材は、強度特性、耐腐食性等の特性に優れるアルミニウム合金からなり、これらが一体でろう付けされることでコア部１３０が形成されている。
【００２５】
図中左側のコアプレート１４０には左タンク１１０が、図中右側のコアプレート１４０には右タンク１２０が、かしめ加工等により機械的に接続されている。
【００２６】
左タンク１１０、右タンク１２０は、樹脂（本例ではポリアミド樹脂）により形成されている。
【００２７】
なお、左タンク１１０には、入口パイプ１１１等が一体で形成されており、また、右タンク１２０には、出口パイプ１２１等が一体で成形されている。左タンク１１０と右タンク１２０とはほぼ同一構造としているので、以下、本実施形態の要部構造については、左タンク１１０側を用いて説明する。
【００２８】
図２に示すように、樹脂製の左タンク１１０は、断面形状が略Ｕ字状をなし、コアプレート１４０側に開口部を有する箱形の容器体をなしている。そして、左タンク１１０の開口側端部は、コアプレート１４０の外周部に形成され内部にシール部材であるパッキン１５０が装着された装着溝部（タンク受け溝）１４３に挿入され、コアプレート１４０のかしめ爪１４４によりかしめられている。
【００２９】
すなわち、タンク１１０とコアプレート１４０とにより、本実施形態における実質的なタンクを構成している。この実質的なタンクのコアプレート部（コア部１３０側部）であるコアプレート１４０にチューブ１３２端部が接合されて、チューブ１３２内とタンク内空間とが連通している。
【００３０】
コアプレート１４０の装着溝部１４３より内側の領域は、タンク１１０とコアプレート１４０とにより構成される実質的なタンクのコア部１３０側の底面部１４１をなしている。底面部１４１は、コアプレート１４０の基準面部である。
【００３１】
コアプレート１４０に接合されたチューブ１３２は、前述したように扁平チューブであり、図３に長手方向Ｘに直交する断面形状を示すように、対向する一対のストレート部１３２ａと、一対のストレート部１３２ａの端部相互を接続する一対のＲ部（壁面部に相当）１３２ｂとからなる。
【００３２】
図４は、コアプレート１４０のチューブ積層方向Ｙに直交する断面図であり、挿入穴１４２形成部位の断面を示している。なお、この断面図では、タンク１１０にかしめ固定される前のコアプレート１４０のみを図示している。
【００３３】
図４に示すように、コアプレート１４０には、底面部１４１の挿入穴１４２が形成された領域のうち、挿入されるチューブ１３２のストレート部１３２ａに対応する範囲内に、タンクの外側（コア部１３０の中心側）に向けて突出する、断面形状が略台形状の突出部１４５が形成されている。
【００３４】
なお、図２からも明らかなように、この突出部１４５は、コアプレート１４０にチューブ積層方向Ｙに延びるように形成されている。
【００３５】
したがって、図２に示すように、挿入穴１４２におけるチューブ１３２のストレート部１３２ａ接合部位１４２ａは、挿入穴１４２におけるチューブ１３２のＲ部１３２ｂ接合部位１４２ｂよりタンクの外方側（コア部１３０の中心側）となるように形成されている。
【００３６】
また、図４に示すように、コアプレート１４０は、挿入穴１４２に挿入されるチューブ１３２のＲ部１３２ｂに対応する部位において、挿入穴１４２の縁部がバーリング加工され、タンクの内側に向かって立ち起こされたバーリング部１４２Ａが形成されている。
【００３７】
したがって、挿入穴１４２におけるチューブ１３２のＲ部１３２ｂ接合部位１４２ｂは、底面部１４０よりタンク内方側に位置し、ストレート部接合部位１４２ｂとの距離を大きくするとともに、Ｒ部接合部位１４２ｂのろう付面積を大きくしている。
【００３８】
上述の構成によれば、コアプレート１４０には、挿入穴１４２が形成された領域のうちチューブ１３２のストレート部１３２ａに対応する領域内に、タンクの外側に向けて突出し、チューブ積層方向Ｙに延びる突出部１４５が形成されている。
【００３９】
これにより、挿入穴１４２のチューブストレート部接合部位１４２ａが、挿入穴１４２のチューブＲ部接合部位１４２ｂよりタンクの外方側に形成されている。
【００４０】
したがって、コアプレート１４０に突出部を設けていないときより、チューブ１３２とコアプレート１４０との接続部が立体的に形成され、接合部長さを大きくすることができる。このようにして、チューブ１３２に発生する熱応力をチューブ１３２とコアプレート１４０との接合部において分散することができ、チューブ１３２の破壊寿命を向上することができる。
【００４１】
また、突出部１４５を設けることで、チューブ１３２をコアプレート１４０との接合部において立体的に支持しているので、チューブ１３２がコアプレート１４０の底面部１４１に対し傾斜する方向の応力が付勢される場合であっても、チューブ１４３のＲ部１３２ｂへの応力集中を緩和し易い。
【００４２】
したがって、熱応力ばかりでなく振動等に伴なう応力の付勢に対しても、応力分散によりチューブ１３２の破壊寿命を向上することができる。
【００４３】
また、コアプレート１４０に形成された突出部１４５は、チューブ積層方向Ｙに直交する断面形状が略台形状であり、突出部１４５をプレス加工等により容易に形成することができる。
【００４４】
また、挿入穴１４２のチューブ１３２Ｒ部１３２ｂに対応する部位は略平面状の底面部１４１に形成されている。したがって、突出部１４５の傾斜面に形成されている場合より形状精度を良好とし易い。これにより、チューブ１３２端部のコアプレート１４０挿入穴１４２への挿入作業性が良好である。
【００４５】
また、挿入穴１４２のチューブＲ部接合部位１４２ｂは、コアプレート１４０の挿入穴１４２の縁部がタンク内側に向かって立ち起こされたバーリング部１４２Ａに形成されている。したがって、チューブストレート部接合部位１４２ａとチューブＲ部接合部位１４２ｂとのチューブ長手方向Ｘの距離を大きく確保し易く、チューブ１３２とコアプレート１４０との接続部が、バーリング部を設けない場合に対し、より立体的に形成され、接合部長さをより大きくすることができる。また、バーリング部１４２ＡにおいてチューブＲ部接合部位１４２ｂのろう材フィレットを大きく形成し、ろう付面積を大きく確保して、接合信頼性を向上することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図５および図６に基づいて説明する。
【００４７】
本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、挿入穴へのチューブ端部の挿入性をさらに向上する構成としている。
【００４８】
なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００４９】
図５に示すように、本実施形態では、コアプレート１４０に形成した断面略台形状の突出部１４５の図示上下方向中央部に、タンク内側向きに陥没する凹部１４６を形成している。
【００５０】
すなわち、凹部１４６は、コアプレート部１４０突出部１４５の、チューブストレート部１３２ａの中央に対応する部位に形成されている。
【００５１】
チューブ１３２は、ストレート部１３２ａ外面へのフィン１３１密着性を向上するために、コアプレート１４０の挿入穴１４２に挿入される前は、図６に概略断面形状を図示するように、ストレート部１４２ａが若干外側に膨出し、中央部Ａ点が最外方に突出した略オーバル断面形状としている。
【００５２】
したがって、本実施形態によれば、断面形状が略オーバル形状の扁平チューブ１３２を挿入穴１４２に挿入する場合に、挿入開始当初には、チューブストレート部１３２ａの最凸部（オーバル形状短軸方向最外部）Ａ点がコアプレート部１４０に接触せず、短軸方向幅がＡ点より狭いＢ点が接触する。
【００５３】
Ｂ点がコアプレート１４０に接触した後、チューブ１３２の挿入穴１４２への挿入が継続されると、Ｂ点の挿入に伴なってストレート部１３２ａが内側に押され、Ａ点における短軸方向幅が狭くなり、チューブ１３２の挿入穴１４２への挿入が容易になる。このようにして、断面形状が略オーバル形状の扁平チューブ１３２の挿入穴１４２への挿入性を向上することができる。
【００５４】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、コアプレート１４０の突出部１４５のチューブ積層方向Ｙに直交する断面形状は略台形状であったが、突出部の形状はこれに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、図７（ａ）にコアプレート断面図を示し、図７（ｂ）にタンクとチューブとの接合部の要部斜視図を示すように、突出部１４５のチューブ積層方向Ｙに直交する断面形状は略円弧形状であってもよい。また、図８（ａ）にコアプレート断面図を示し、図８（ｂ）にタンクとチューブとの接合部の要部斜視図を示すように、突出部１４５のチューブ積層方向Ｙに直交する断面形状は傾斜面を長くした略円弧形状（実質的には略三角形状）であってもよい。
【００５６】
また、上記第２の実施形態では、断面形状が略台形状の突出部１４５に凹部１４６を設けていたが、他の形状の突出部に凹部を形成するものであってもよい。例えば、図９にコアプレート断面図を示すように、傾斜面を長くした略円弧形状（実質的には略三角形状）の突起部１４５に凹部１４６を形成するものであってもよい。
【００５７】
また、上記各実施形態は、樹脂製のタンク１１０、１２０を備えるラジエータ１００に本発明を適用したものであったが、例えば、図１０に要部断面を示すように、金属製（例えばアルミニウム合金製）の板部材を組み合わせてなるタンク２１０を備えるラジエータ２００であっても本発明を適用することができる。この場合、タンク２１０のチューブ１３２端部が挿入接合される面部が、本発明で言うところのコアプレート部に相当し、このコアプレート部に突出部１４５を形成したものであればよい。
【００５８】
また、上記各実施形態では、コアプレート１４０に端部が接合されたチューブ１３２は、断面形状が一対のストレート部１３２ａと一対のストレート部１３２ａの端部相互を接続する一対のＲ部１３２ｂとからなるものであったが、チューブ形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１１に断面形状を示すように、長手方向に直交する断面形状が略コの字形状のプレート部材を組み合わせて接合してなり、一対のストレート部１３２ａと一対のストレート部１３２ａの端部相互を接続する一対の壁面部１３２ｂとからなる断面略矩形形状であるとともに、内部にインナーフィン１３２ｃを備えたチューブ１３２であっても本発明を適用することができる。
【００５９】
また、上記各実施形態では、ラジエータ１００は所謂クロスフロータイプであったが、冷却水が上から下方向に流通する所謂バーチカルフロータイプのラジエータであってもよい。ただし、一般的に、クロスフロータイプの方がチューブ長さが長いので、チューブ間の熱膨張差に伴なう応力が大きくなり易く、本発明を適用する効果は大きい。
【００６０】
また、上記各実施形態では、本発明をラジエータに適用したが、本発明はラジエータ以外の熱交換器、例えばインタークーラ、オイルクーラ、ＥＧＲガスクーラ等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態における熱交換器であるラジエータ１００の概略構造を示す正面図である。
【図２】ラジエータ１００のタンクとチューブとの接合部構造を示す要部斜視図である。
【図３】チューブ１３２の長手方向に直交する断面図である。
【図４】コアプレート１４０のチューブ積層方向に直交する断面図である。
【図５】第２の実施形態におけるコアプレート１４０のチューブ積層方向に直交する断面図である。
【図６】コアプレート１４０の挿入穴１４２に挿入される前のチューブ１３２の断面図である。
【図７】他の実施形態における、（ａ）はコアプレート断面図、（ｂ）はタンクとチューブとの接合部の要部斜視図である。
【図８】他の実施形態における、（ａ）はコアプレート断面図、（ｂ）はタンクとチューブとの接合部の要部斜視図である。
【図９】他の実施形態におけるコアプレート断面図である。
【図１０】他の実施形態における要部断面図である。
【図１１】他の実施形態におけるチューブの断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００  ラジエータ（熱交換器）
１１０  左タンク（実質的なタンクの一部）
１２０  右タンク（実質的なタンクの一部）
１３２  チューブ
１３２ａ  ストレート部
１３２ｂ  Ｒ部（壁面部）
１４０  コアプレート（コアプレート部、実質的なタンクの一部）
１４２  挿入穴
１４２ａ  ストレート部接合部位
１４２ｂ  Ｒ部接合部位（壁面部接合部位）
１４２Ａ  バーリング部
１４５  突出部
１４６  凹部
Ａ  ストレート部１３２ａの中央
Ｘ  チューブ長手方向
Ｙ  チューブ積層方向
【図１】
2006189205.tif 000003
【図２】
2006189205.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006189205.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006189205.tif 000008
【図７】
2006189205.tif 000009
【図８】
2006189205.tif 000010
【図９】
2006189205.tif 000011
【図１０】
2006189205.tif 000012
【図１１】
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